LED熱控制技術中散熱器的選擇
熱折返可在許多方面應用。最常見和最簡單的方法是使用一個NTC(負溫度系數(shù))熱敏電阻測量LED附近的溫度,如圖4所示。NTC熱敏電阻是一個隨溫度降低而增大,隨溫度增大而減小的電阻。如果電阻分壓器設定值偏離基準電壓,并且底部電阻器是一個熱敏電阻,那么分電壓將隨溫度增加而降低。假如將該電壓鉗制在低于基準電壓的最大電壓上,那么對于一些上升至最大溫度斷點(TBK)的溫度范圍來說,該電壓就被固定為鉗位電壓。然而,對于高于TBK的溫度而言,電壓將下降,如圖3所示。這個電壓可以用來控制LED驅動器的模擬調光輸入以實施基本熱折返。 本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/167932.htm
LED調光時,折返圖形會有不同。由于標稱LED電流水平(ILED-NOM)被降低為調光電流水平(ILED-DIM),可對折返圖加以修正以與新的溫度斷點(TBK-DIM)相適應。這擴大了LED使用的溫度范圍,如圖3所示。可根據(jù)不同器件,分步或連續(xù)完成。
另外一個變體是額外的最小LED電流(ILED-MIN)鉗制,用來防止LED電流為零,同見圖3。有許多應用中,終端用戶出于安全原因,不想要成套的熱折返。而使用這個特性,最小需求電流鉗制可以允許系統(tǒng)不受安全運行范圍約束。然而,就這一點而言,用戶情愿以縮短使用壽命為代價來換取短期功能。
路燈舉例
一個標準的路燈暴露于苛刻的環(huán)境條件中,且在整個使用壽命期間,由于各種原因,機械散熱器的性能可能會降低。這種性能的降低極大地增加了總熱阻θJA,而且最終將導致更高的LED結點溫度從而縮減使用壽命。為滿足市政設施關于使用壽命的要求,在路燈中熱折返幾乎總是必要的。
圖5所示為一個100W的路燈應用。前端交流-直流轉換器獲得一個120V交流電輸入,然后將其轉換為35V直流輸入。第二階段是一個LM3409恒流降壓型LED驅動器,負載為6串并聯(lián),其中每串串聯(lián)8只LED;每串驅動電流為700mA。
LM3409用簡單的磁滯控制方法調節(jié)電流。在主開關(Q1)接通期間,電感器電流斜升至由IADJ引腳設置的峰值電流閾值。一旦達到該閾值,Q1關斷并且電感器電流斜降,直到程控關斷計時器停止。關斷計時器的程控是通過來自輸出電壓的RC實施的。這使得計時器與輸出電壓成正比,結果導致電感器電流紋波和隨后的原本恒定的LED電流紋波超越運行范圍。
在IADJ上降低電壓(從1.24V降至0V),平均LED電流的持續(xù)模擬調光能夠很容易實施。假如IADJ的電壓達到或高于1.24V,那么應調整LED的最大標稱電流。當IADJ引腳電壓降至1.24V時,電流開始調光,對執(zhí)行熱折返提供了一個極好的方法。
該應用中的熱折返電路比以前描述的更加基本化,僅利用一個IADJ附加的NTC熱敏電阻。NTC熱敏電阻的阻值將高于250kΩ(IADJ大于1.24V),直到溫度達到要求的斷點。然后作為NTC的一個功能,電阻降低,同時分別降低了IADJ的電壓和LED電流。
應該注意的是NTC從電阻到溫度的轉換功能是非線性的。這種非線性延長了出現(xiàn)真正零電流的邊界點溫度(TEND)。在路燈應用中,熱折返的線性不屬于最高等級。事實上路燈的壽命結束時間通常規(guī)定為其亮度降至初始亮度的70%時;因此,精確的熱折返圖對于路燈設計人員來講根本沒有意義。也就是說,如果需要的話,一個精密的溫度傳感器就能很容易地用于更為線性的熱折返圖繪制。
手電筒舉例
圖6所示為一個使用LM3424的較復雜的熱折返器件。這個應用是一個由LM3424組成的15W調光軍用手電筒,該LM3424控制6個串聯(lián)LED,驅動電流為700mA,電池電壓為9V。因為在調光時,串電壓發(fā)生變化,從24V到低于9V,所以多重拓撲結構LM3424用作一個降壓-升壓控制器。需進行LED模擬調光以對其簡潔性、大小和成本進行評估。
LM3424用傳統(tǒng)的誤差信號放大器調節(jié)閉合環(huán)路中的輸出電流。在LED組件頂端對LED平均電流區(qū)別檢測。主開關(Q1)的占空比動態(tài)上得以改變,以確保可隨時進行調整。
LM3424具有一個集成在芯片上的完全可編程熱折返電路。折返斷點由電阻分壓器按照TREF進行設置,內(nèi)部基準電壓3V(VS)。溫度傳感是使用傳感器或NTC分壓器在TSENSE的情況下實施的。當TSENSE電壓降低至預定TREF電壓時,電路開始根據(jù)圖7所示對LED進行調光。熱折返的斜率可由安裝在TGAIN到GND之間的電阻(RGAIN)設定。假如使用一個精密的溫度傳感器,例如LM94022,可以獲得一個高級的線性圖。
可以加裝基準電壓VS外置齊納管鉗制裝置以設定最小所需電流,如圖3所示。在將給定溫度值的特定LED的亮度輸出最大化的同時,這個高度可控熱折返也使手電筒使用壽命最大化。
手電筒應用中另一個有用的特征是調光與熱折返的組合。由于二者都使用熱折返電路,因此可以通過幾種方式進行組合。NTC分壓器直接連接至TSENSE,而調光分壓器則與二極管連接。如圖6所示。這種連接保證了TBK隨調光等級而移動,所以使得任意調光等級的有效溫度范圍達到最大。
散熱器對比
最后,在手電筒應用中將使用和不使用熱折返做一個比對。在手電筒應用中,這些LED靠得非常近形成一個LED。假定,θSH和θJS小于θHA,計算可簡單化為:
無熱折返,輸出功率要提高5%以隨時調整偏離值。同時,溫度差降低,占最差情況下環(huán)境溫度的25%,還要考慮有益的SOA裕量。因此,θHA的值將比使用熱折返的應用小70%。這就是說,散熱器尺寸大小與成本要增加30%。在LED應用中,散熱器為最大成本之一,在手電筒應用中使用熱折返是非常有價值的。
結論
LED技術的優(yōu)勢在于使用壽命長,可靠性高和性能優(yōu)于其他照明技術,而這些優(yōu)勢的實現(xiàn)需要熱控制技術的支持,所以要確保這項技術得以順利發(fā)展而不會受到意外情況的阻礙。
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